(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｚ軸周りのトルクの高精度測定が可能なトルク検出器を提供する。【解決手段】円環状枠体２０と、中央の荷重受け部３０と、両者を十字状に連結する角柱状のビーム型起歪部４０と、起歪部４０に貼付された歪ゲージ４８とを備えた回転トルク検出器で、起歪部４０はロバーバル機構を構成する貫通孔４２を設け、該貫通孔４２の非開口側面に歪ゲージ４８を貼付するとともに、円環状枠体２０と起歪部４０との連結部に、長孔５２とフレクシャ５３からなるＴ字状部５０を設けた。ビーム型起歪部４０に生じる曲げ歪が歪ゲージ４８を介して検出されて、Ｚ軸周りのトルクＴが測定され、円環状枠体２０と起歪部４０との連結部がＴ字状部５０で構成されて、ビーム型起歪部４０に対し検出誤差となる不測の応力が該連結部に発生しないので、Ｚ軸周りのトルクＴを高精度に測定できる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定側の円環状枠体と、前記円環状枠体の中央部に配置された荷重受け部と、前記円環状枠体と前記荷重受け部とを十字状に連結する角柱状の４本のビーム型起歪部と、前記各々の起歪部に貼付された歪ゲージとを備えた回転トルク検出器において、
前記起歪部には、前記荷重受け部に作用する回転トルクに対し弾性変形するロバーバル機構を構成するための貫通孔が設けられ、起歪部における該貫通孔の非開口側面にＺ軸周りの回転トルク検出用の歪ゲージが貼付されるとともに、前記円環状枠体と前記起歪部との連結部には、長孔とフレクシャからなるＴ字状部が設けられたことを特徴とする回転トルク検出器。
【請求項２】
前記長孔とフレクシャからなるＴ字状部におけるＴ字縦棒状部には、前記起歪部における貫通孔の非開口側面と直交する平面が形成され、該平面に前記起歪部の延出する方向に沿って作用する力検出用の第２の歪ゲージが貼付されたことを特徴とする請求項１に記載の回転トルク検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車の車軸に作用するトルクの検出等に使用される回転トルク検出器に係り、特にトルクを高精度に検出できる回転トルク検出器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の回転トルク検出器としては、下記特許文献１が知られている。これは、図５に示すように、トルク検出器（感知部）１は、平行に配置された円環状の上リング２および円環状の下リング３と、両リング２，３の中央部に配置されて両リング２，３を連結する十字型ビーム４で構成されている。十字型ビーム４は、直交する縦横のビーム４Ａ，４Ｂからなり、縦ビーム４Ａは上リング２と一体化され、一方、横ビーム４Ｂは下リング３と一体化されている。縦横のビーム４Ａ，４Ｂには、貫通孔５が設けられてロバーバル機構が構成され、ビーム４Ａ，４Ｂの起歪部４ａ，４ａ、４ｂ，４ｂには、上下のリング２，３間に作用するＺ軸周りのトルクに対して起歪部に生じる曲げ歪を検出する歪ゲージ６が貼付された構造となっている。またこのトルク検出器１は、ビーム形状等において正確な寸法精度が得られるように、アルミや鉄などの金属ブロックを切削加工することで形成されている。
【特許文献１】特開平１０-３３２５０２号（従来技術の欄および第４図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、前記した従来技術では、回転トルク検出器（感知部）１は、十字型ビーム４の縦ビーム４Ａを上リング２に、横ビーム４Ｂを下リング３にそれぞれ一体的に形成するために、全体が非常に複雑な形状に形成されており、それだけ感知部１を製造することが難しく、コストが高くなる一因となっていた。
【０００４】
また、上下のリング２，３とビーム４Ａ，４Ｂとの連結部が剛接合で構成されているため、これらの連結部に生じる応力によって起歪部４ａ，４ａ、４ｂ，４ｂにおける歪が影響を受けて、正確なトルクの検出ができないという第１の問題があった。
【０００５】
また、縦横のビーム４Ａ，４Ｂには、例えば、偏芯する回転トルクに対して、Ｘまたは/およびＹ方向の力に対する歪を検出する第２の歪ゲージ７が貼付されて、感知部１においてＸまたは/およびＹ方向の力を検出できるように構成されているが、第２の歪ゲージ７の貼付スペースを設けるために、貫通孔５を設けたロバーバル機構形成領域以外の平坦な領域をビームに設ける必要があるため、それだけ縦横のビーム４Ａ，４Ｂの長さが長くなって、トルク検出器（感知部）全体が大型化するという第２の問題もあった。
【０００６】
本発明は前記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、その目的は、外側の円環状枠体と内側の荷重受け部とを十字状に連結するビーム型起歪部のそれぞれを簡潔な構造のロバーバル機構で構成することで、Ｚ軸周りのトルクの高精度測定が可能な製造の容易な回転トルク検出器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記第１の目的を達成するために、請求項１に係わる回転トルク検出器においては、固定側の円環状枠体と、前記円環状枠体の中央部に配置された荷重受け部と、前記円環状枠体と前記荷重受け部とを十字状に連結する角柱状の４本のビーム型起歪部と、前記各々の起歪部に貼付された歪ゲージとを備えた回転トルク検出器において、
前記起歪部には、前記荷重受け部に作用する回転トルクに対し弾性変形するロバーバル機構を構成するための貫通孔を設け、起歪部における該貫通孔の非開口側面にＺ軸周りの回転トルク検出用の前記歪ゲージを貼付するとともに、前記円環状枠体と前記起歪部との連結部に、長孔とフレクシャからなるＴ字状部を設けるように構成した。
【０００８】
（作用）円環状枠体と荷重受け部とを十字状に連結するそれぞれの角柱状のビーム型起歪部は、荷重受け部に作用するＺ軸周りの回転トルクに対して変形するロバーバル機構を構成して、荷重受け部に回転トルクが作用した場合に起歪部に生じる曲げ歪が歪ゲージを介して検出されて、Ｚ軸周りのトルクを高精度に測定できる。
【０００９】
特に、円環状枠体２０と起歪部４０との連結部がＴ字状部５０で構成されて、ビーム型起歪部における検出誤差となる不測の応力が該連結部に発生しないので、Ｚ軸周りのトルクをより高精度に測定できる。
円環状枠体と起歪部との連結部は、長孔とフレクシャからなるＴ字状部によって構成されて、円環状枠体と起歪部との連結部（Ｔ字状部）には、ビーム型起歪部に対し誤差となる不測の応力が発生しないので、Ｚ軸周りのトルクの測定誤差は少ない。
【００１０】
また、円環状枠体と荷重受け部と４本のビーム型起歪部は、略同一平面上に設けられ、さらに起歪部における貫通孔はＺ軸方向に開口するため、金属ブロックを切削加工により切削して回転トルク検出器本体を成形することは、容易である。
【００１１】
また、前記第２の目的を達成するために、請求項２においては、請求項１に記載の回転トルク検出器において、前記長孔とフレクシャからなるＴ字状部におけるＴ字縦棒状部に、前記起歪部における貫通孔の非開口側面と直交する平面を形成し、該平面に前記起歪部の延出する方向に沿って作用する力検出用の第２の歪ゲージを貼付するようにした。
【００１２】
（作用）回転トルクがＺ軸に対し偏芯する形態で起歪部に作用したり、回転トルク作用時に横方向の荷重が荷重受け部に作用した場合には、起歪部に別途貼付する第２の歪ゲージによって、起歪部に沿った方向の力（Ｘまたは/およびＹ方向の力）として検出できる。そして、Ｘまたは/およびＹ方向力に対する歪を検出する第２の歪ゲージを起歪部に貼付するためには、貫通孔を設けたロバーバル機構形成領域以外の平坦な領域を起歪部に設ける関係上、それだけ起歪部の長さが長くなって、回転トルク検出器全体が大型化するのに対し、請求項２では、円環状枠体と起歪部との連結部に設けたＴ字状部におけるＴ字縦棒状部に平面を形成し、この平面上にＸまたは/およびＹ方向に作用する力検出用の第２の歪ゲージを貼付するようにしたので、起歪部の長さが長くんならず、回転トルク検出器全体が大型化することがない。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１によれば、ロバーバル機構を構成する起歪部に設けた歪ゲージを介してＺ軸周りのトルクが検出されるとともに、円環状枠体と起歪部との連結部に設けたＴ字状部の作用によってＺ軸周りのトルクの検出誤差も少ないので、Ｚ軸周りのトルクの高精度測定が可能となる。
【００１４】
また、金属ブロックの切削加工により回転トルク検出器本体を成形することが容易であるので、それだけ回転トルク検出器を安価に提供できる。
【００１５】
請求項２によれば、起歪部の長さが長くならないので、Ｘまたは/およびＹ方向の力も同時に測定できるコンパクトな回転トルク検出器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１７】
図１〜図４は、本発明の実施例を示し、図１は本発明の第１の実施例であるトルク検出器の正面図、図２は同トルク検出器の縦断面図（図１に示す線ＩＩ-ＩＩに沿う断面図）、図３は連続番号を付した歪ゲージの配置を示す図、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は回転トルク，Ｘ方向の力，Ｙ方向の力をそれぞれ測定する歪ゲージのウィストンブリッジ回路を示す図である。
【００１８】
これらの図において、回転トルク検出器１０は、固定側の円環状枠体２０と、円環状枠体２０の中央部に配置された荷重受け部３０と、円環状枠体２０と荷重受け部３０とを十字状に連結する角柱状の４本のビーム型起歪部４０と、各々の起歪部４０に貼付された歪ゲージ４８とを備えて構成されている。
【００１９】
円環状枠体２０の中央部には、固定軸２２を一体に形成した固定円盤２４が締結ねじ２６によって一体化されている。一方、荷重受け部３０の中央部には、トルク入力軸３２が一体に形成されるとともに、周方向９０度の間隔で４本のビーム型起歪部４０が半径方向外方に延出し、各ビーム型起歪部４０は、長孔５２とフレクシャ５３からなるＴ字状部５０を介して円環状枠体２０にそれぞれ連結されている。
【００２０】
各起歪部４０は、横断面矩形状のビームで構成されるとともに、ビームの長手方向略中央部には、めがね型の貫通孔４２が設けられて、トルク入力軸３２を介して作用する回転トルクＴに対して弾性変形するロバーバル機構が構成されている。起歪部４０における貫通孔４２の非開口側面４１には、回転トルクＴが作用した際の起歪部４０に生じる曲げ歪を検出する歪ゲージ４８が貼付されている。
【００２１】
また、各起歪部４０と円環状枠体２０間に設けられたＴ字状部５０は、円環状枠体２０の内周縁部に設けられた長孔５２と、この長孔５２によって形成されたＴ字横棒状部である第１の薄板状部５４と、この薄板状部５４と起歪部４０先端部間に設けた括れ部５５，５５によって形成されたＴ字縦棒状部である第２の薄板状部５６で構成され、第１の薄板状部５４と第２の薄板状部５６でフレクシャ５３が構成されている。
【００２２】
第１の薄板状部５４は、円環状枠体２０のフランジ状内周縁部２１の厚さｔに相当する幅をもち、起歪部４０の延出方向と直交する方向に延在し、一方、第２の薄板状部５６は、一対の円弧状の括れ部５５，５５を左右の側縁として、起歪部４０の延出方向と平行に延在して、Ｔ字状部５０全体が可撓性を持つことで、荷重受け部３０に回転トルクが作用下場合におけるＴ字状部５０には、起歪部４０に発生する曲げ歪に対し誤差となる不測の応力が発生しない。
【００２３】
即ち、円環状枠体２０と起歪部４０間の連結部がＴ字状部５０を介さずに直接剛接合された構造の場合は、トルク入力軸３２に回転トルクを作用させて歪ゲージ４８を介してトルクを検出する際に、起歪部４０と円環状枠体２０間の剛接合された連結部に発生する不測の応力の影響を受けて、ロバーバル機構で構成した起歪部４０において正確な曲げ歪を検出できない惧れがあるが、本実施例では、円環状枠体２０と起歪部４０を長孔５２とフレクシャ５３からなるＴ字状部５０を介して連結されている（起歪部４０と円環状枠体２０間の連結部が、回転トルク作用時に不測の応力が発生しないＴ字状部５０で構成されている）ので、起歪部４０（の歪ゲージ４８）において正確な曲げ歪の検出が可能となっている。
【００２４】
また、第２の薄板状部５６の側縁（括れ部５５）は円弧状に形成されて、フレクシャ５３（第１の薄板状部５４）と第２の薄板状部５６間の連接部における応力集中が回避されて、それだけＴ字状部５０における耐久性が確保されている。
【００２５】
また、第２の薄板状部５６の前面および背面は、Ｚ軸に対し直交する平面で形成されており、これらの面には、Ｘ方向またはＹ方向の軸力を検出する第２の歪ゲージ４９が貼付されている。即ち、トルク検出の際に、入力軸３２の軸芯に対し偏芯しない回転トルクだけが作用する場合の他、例えば、入力軸３２の軸芯に対し偏芯する回転トルクが作用する場合があり、このような場合は、歪ゲージ４８の出力だけでは適正な回転トルクを検出できない。そこで、偏芯回転トルクが作用する場合には、起歪部４０の延出方向に沿った方向（Ｘ方向または／およびＹ方向）に作用する力を歪ゲージ４９で検出し、歪ゲージ４８の出力に基づいた測定値（回転トルク）を歪ゲージ４９の出力に基づいた測定値を用いて補正することで、偏芯回転トルクについても適正な回転トルクの検出ができるように構成されている。
【００２６】
なお、図３に示すように、歪ゲー４８はｚ１〜ｚ１６の計１６個、歪ゲー４９は、ｘ１〜ｘ４およびｙ１〜ｙ４の計８個からなり、図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように接続されて、回転トルク，Ｘ方向の力，Ｙ方向の力を検出するウィストンブリッジ回路が構成されている。
【００２７】
また、回転トルク検出器１０は、アルミまたは鉄合金製の金属ブロックを切削加工によって成形されるが、ビーム型起歪部４０の貫通孔４２は前後方向（Ｚ軸方向）に開口するため、円環状枠体２０の外形に相当する円盤型の金属ブロックに対し、切削工具を使って荷重受け部３０，ロバーバル構造のビーム型起歪部４０，Ｔ字状部５０を比較的に簡単に成形することができるので、従来のトルク検出器（感知部）１を切削により成形する場合に比べて、製造工程が非常に簡単である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の第１の実施例であるトルク検出器の正面図である。
【図２】同トルク検出器の縦断面図（図１に示す線ＩＩ-ＩＩに沿う断面図）である。
【図３】連続番号を付した歪ゲージの配置を示す図である。
【図４】（ａ）回転トルクを測定する歪ゲージのウィストンブリッジ回路を示す図である。（ｂ）Ｘ方向の力を測定する歪ゲージのウィストンブリッジ回路を示す図である。（ｃ）Ｙ方向の力を測定する歪ゲージのウィストンブリッジ回路を示す図である。
【図５】従来の回転トルク検出器の斜視図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  回転トルク検出器
２０  固定側の円環状枠体
３０  荷重受け部
３２  トルク入力軸
Ｔ  回転トルク
４０  ビーム型起歪部
４８  歪ゲージ
４９  第２の歪ゲージ
４２  貫通孔
５０  Ｔ字状部
５２  長孔
５３  フレクシャ
５４  第１の薄板状部
５６  Ｔ字縦棒状部である第２の薄板状部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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